用于光通信的自適應(yīng)后數(shù)字濾波器和符號間干擾均衡器的制造方法
【專利說明】用于光通信的自適應(yīng)后數(shù)字濾波器和符號間干擾均衡器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本專利文件要求2014年7月16日提交的美國臨時專利申請第62/025，247號的權(quán)益。上述專利申請的全部內(nèi)容以引用的方式作為本文件的公開內(nèi)容的一部分并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本專利文件涉及到光信號接收和處理。
【背景技術(shù)】
[0004]諸如無線通信、光纖通信等的應(yīng)用領(lǐng)域中對于數(shù)據(jù)通信具有不斷增長的需求。對于核心網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求尤其高，因?yàn)椴恢皇侵T如智能手機(jī)和計(jì)算機(jī)的用戶設(shè)備由于多媒體應(yīng)用而使用越來越多的帶寬，而且設(shè)備的總數(shù)也在增長，用于這些設(shè)備的數(shù)據(jù)在核心網(wǎng)絡(luò)上被傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一些公開的實(shí)施例中，公開了接收和處理已調(diào)制信號以恢復(fù)調(diào)制在信號上的數(shù)據(jù)的技術(shù)。在一些實(shí)施例中，使用具有自適應(yīng)系數(shù)的后數(shù)字濾波器，以便補(bǔ)償接收信號中由隨著時間變化并導(dǎo)致對已調(diào)制信號的窄帶濾波的信道條件引起的失真，從而導(dǎo)致符號間干擾(ISI)。自適應(yīng)數(shù)字后濾波器的輸出可通過ISI均衡器進(jìn)行處理，可使用ISI均衡器提供反饋信號，反饋信號被用于改變自適應(yīng)后濾波器的濾波器系數(shù)值。
[0006]在一個示例方面，公開了從已調(diào)制信號恢復(fù)信息比特的方法。已調(diào)制信號可能具有使用相干調(diào)制技術(shù)調(diào)制的信息比特。所述方法包含接收模擬形式的已調(diào)制信號；將模擬形式的已調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號；通過處理數(shù)字化信號，估計(jì)用于相干調(diào)制技術(shù)的已調(diào)制信號和調(diào)制載波中的信道損失；使用包括多個濾波器系數(shù)的有限沖激響應(yīng)數(shù)字后濾波器對已處理的數(shù)字化信號操作進(jìn)行濾波，以產(chǎn)生濾波器輸出；以及在濾波器輸出上進(jìn)行符號間干擾(ISI)均衡以產(chǎn)生對信息比特的估計(jì)。
[0007]在另一個示例方面，公開了用于恢復(fù)光通信系統(tǒng)中的相干載波上調(diào)制的數(shù)據(jù)比特的光接收器裝置。裝置包含接收模擬形式的已調(diào)制信號的射頻前端；將模擬形式的已調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；估計(jì)器，所述估計(jì)器通過處理數(shù)字化信號估計(jì)用于相干調(diào)制技術(shù)的已調(diào)制信號和調(diào)制載波中的信道損失；使用包括多個濾波器系數(shù)的有限沖激響應(yīng)數(shù)字后濾波器對已處理的數(shù)字化信號操作進(jìn)行濾波以產(chǎn)生濾波器輸出的濾波器；以及在濾波器輸出上進(jìn)行均衡以產(chǎn)生對信息比特的估計(jì)的符號間干擾(ISI)均衡器。
[0008]在另外一個示例方面，公開了包含光信號發(fā)送器、光傳輸網(wǎng)絡(luò)和光信號接收器的光通信系統(tǒng)。光信號發(fā)送器使用相干調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生模擬形式的光信號，光信號包括信息比特。光傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸光信號。光信號通過光傳輸網(wǎng)絡(luò)接收模擬形式的已調(diào)制信號；將模擬形式的已調(diào)制信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信號；通過處理數(shù)字化信號估計(jì)用于相干調(diào)制技術(shù)的已調(diào)制信號和調(diào)制載波中的信道損失；使用包括多個濾波器系數(shù)的有限沖激響應(yīng)數(shù)字后濾波器對已處理的數(shù)字化信號操作進(jìn)行濾波以產(chǎn)生濾波器輸出；以及在濾波器輸出上進(jìn)行符號間干擾(ISI)均衡以產(chǎn)生對信息比特的估計(jì)。
【附圖說明】
[0009]圖1是使用相干檢測的預(yù)濾波波分復(fù)用(WDM)傳輸系統(tǒng)的示例的框圖，相干檢測同時采用了后數(shù)字濾波器和ISI均衡器DSP (數(shù)字信號處理)模塊。
[0010]圖2是使用相干檢測的多個級聯(lián)的R0ADM(可重構(gòu)光分插復(fù)用器(reconfigurableoptical add-drop multiplexer))傳輸系統(tǒng)的示例，相干檢測同時采用了后數(shù)字濾波器和ISI均衡器DSP模塊。
[0011]圖3是使用針對ISI損失的均衡的DSP處理的示例。
[0012]圖4示出了對于使用和不使用抽頭系數(shù)調(diào)整的2抽頭后數(shù)字FIR(有限沖激響應(yīng))濾波器的幅頻響應(yīng)的示例。
[0013]圖5示出了對于使用和不使用抽頭系數(shù)調(diào)整的3抽頭后數(shù)字FIR濾波器的幅頻響應(yīng)的示例。
[0014]圖6示出了在用于各種頻譜變窄的信道條件的2階高斯預(yù)濾波的情況下的光性能的可調(diào)幅頻響應(yīng)的不例。
[0015]圖7示出了在用于各種頻譜變窄的信道條件的3階高斯預(yù)濾波的情況下的光性能的可調(diào)幅頻響應(yīng)的不例。
[0016]圖8示出了自適應(yīng)后數(shù)字濾波器和相應(yīng)的ISI均衡器子系統(tǒng)的示例結(jié)構(gòu)。
[0017]圖9示出了基于在星座圖中的[-0.35,0.35]區(qū)域中的統(tǒng)計(jì)樣點(diǎn)數(shù)量的計(jì)算的性能評估器準(zhǔn)則的示例。
[0018]圖10示出了基于X偏振實(shí)值在[-0.35，0.35]區(qū)域中的統(tǒng)計(jì)樣點(diǎn)數(shù)量的計(jì)算的性能評估器準(zhǔn)則的示例。
[0019]圖11A描繪了用于作為后數(shù)字濾波器系數(shù)的函數(shù)的上界的統(tǒng)計(jì)區(qū)域選擇準(zhǔn)則的示例。
[0020]圖11B描繪了示出判決門限(硬門限或軟門限)之間的關(guān)系的示例圖。
[0021]圖12示出了基于針對X偏振的實(shí)值統(tǒng)計(jì)樣點(diǎn)數(shù)量的計(jì)算的性能結(jié)果的示例。
[0022]圖13是光通信系統(tǒng)的示例。
[0023]圖14是光通信的方法的流程圖示例。
[0024]圖15是用于光通信的裝置的示例的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]隨著對于在通信網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膸挼男枨蟮慕谠鲩L，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者、服務(wù)供應(yīng)商和設(shè)備銷售商們一直在尋找使用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量的方法。在通信網(wǎng)絡(luò)的核心處，來自多個用戶的數(shù)據(jù)常常被匯聚在一起并在光傳輸介質(zhì)上傳輸。因此，光發(fā)送和接收技術(shù)的進(jìn)步不只僅僅使核心網(wǎng)絡(luò)受益，而且還使在諸如移動(蜂窩)網(wǎng)絡(luò)、有線調(diào)制解調(diào)器網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)今的通信網(wǎng)絡(luò)中的總的端到端用戶體驗(yàn)受益。
[0026]本文中所描述的技術(shù)可被用于比傳統(tǒng)方法更精確地從傳輸信號中接收已調(diào)數(shù)據(jù)(例如，具有降低的誤比特率)等。在另一個方面，該技術(shù)可被用于提高傳輸數(shù)據(jù)的信噪比余量，從而有可能提尚在每赫茲每秒的基礎(chǔ)上可被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
[0027]圖13示出光通信系統(tǒng)1300，在其中可實(shí)踐本文公開的技術(shù)。將一個或多個光發(fā)送器1302通過光網(wǎng)絡(luò)1304與一個或多個光接收器1306在通信上進(jìn)行耦合。光網(wǎng)絡(luò)1304可包括光纖，光纖長度從幾百英尺(例如，最后一英里接入(last mile drop))延伸到幾千公里(長距離網(wǎng)絡(luò))。被傳輸?shù)墓庑盘柨纱┻^諸如放大器、中繼器、交換機(jī)、可重構(gòu)光分插復(fù)用器(R0ADM)等的中間光設(shè)備，為了清楚的原因，未在圖13中示出這些中間光設(shè)備?？稍诠庋b置1302、1306的接收側(cè)電子部件中實(shí)現(xiàn)本文所描述的技術(shù)。
[0028]基于相干檢測和數(shù)字信號處理(DSP)的光接收技術(shù)在超高速光傳輸中已確立了它們不可或缺的作用，以提高接收器靈敏度并獲得信號損失的優(yōu)質(zhì)信道均衡。提高頻譜效率(SE)和靈活配置光交換是發(fā)展高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的主要促進(jìn)因素。為了提高頻譜效率(SE)并從而提高總信道容量，人們已經(jīng)證明脈沖成形或窄帶預(yù)濾波是到達(dá)超奈奎斯特帶寬的有效方式。在這些實(shí)現(xiàn)中，信道間隔通常被設(shè)為小于波特率(奈奎斯特帶寬)。
[0029]相似地，由于經(jīng)過基于多個波長選擇開關(guān)(WSS)的光節(jié)點(diǎn)之后的頻譜截?cái)?，可重?gòu)光分插復(fù)用器(R0ADM)可使光信號帶寬變窄。
[0030]在這些情況中的任何一種情況下，都能補(bǔ)償ISI損失，以便獲得可接受的性能。使用后數(shù)字濾波器和諸如最大似然序列估計(jì)(MLSE)或Bahl、CoCke、Jelinek和Raviv(BCJR)的后續(xù)多符號檢測算法的方案被證明為可用于有效的噪聲抑制和對ISI損失的均衡，其中BCJR是用于在網(wǎng)格上定義的糾錯碼的最大后驗(yàn)概率解碼的算法。然而，這些方案缺乏對于方案在許多不同操作場景下可獲得的最大增益的自適應(yīng)能力。一個有利的方面是，通過使用后續(xù)的多符號檢測方案來自適應(yīng)地調(diào)整后數(shù)字濾波器，從而優(yōu)化匹配濾波器功能以提高總體系統(tǒng)性能，本文中公開的技術(shù)可被用于在不同的頻譜變窄操作場景下獲取最大增益。
[0031]在典型的數(shù)字光相干接收器中，通常以自適應(yīng)方式使用諸如恒模算法(CMA)或判決導(dǎo)引LMS算法的最小均方(LMS)算法。蝶式均衡器結(jié)構(gòu)也常常被用于實(shí)現(xiàn)。這些線性均衡器在具有良好頻譜特性的信道上提供良好性能，以補(bǔ)償主要線性傳輸損失。當(dāng)信號穿過帶寬受限的信道時，信號通常遭受ISI損失。期望全響應(yīng)均衡器表現(xiàn)出與信道頻率響應(yīng)基本上呈倒數(shù)關(guān)系的頻率響應(yīng)，這意味著特定頻譜分量的衰減將轉(zhuǎn)化為線性均衡器在相同頻譜分量上的增益。然而，在相同頻譜分量上的帶內(nèi)噪聲也與信號一起被放大。其結(jié)果是，增大了噪聲并降低了信號的SNR。
[0032]在這種帶寬受限的傳輸?shù)那闆r下，DSP可利用有限沖激響應(yīng)(FIR)后數(shù)字濾波器和多符號檢測算法來抑制增大的噪聲并補(bǔ)償ISI失真。除了典型的DSP流之外，在一些實(shí)施例中，在載波頻率和相位恢復(fù)之后增加后數(shù)字濾波器。后濾波器的一個功能是抑制由在其之前的其他均衡處理導(dǎo)致的增大的噪聲，因此導(dǎo)致顯著的信噪比提高。通過將其判決建立在連續(xù)信號間隔上的所接收的信號序列的觀察之上的多符號檢測方案，分別對四個正交分量中的每一個正交分量所引入的ISI進(jìn)行均衡。
[0033]通常使用的FIR濾波器具有簡單的結(jié)構(gòu)，例如，只有具有特定值的抽頭系數(shù)的